Decaying exponential feeding of nonanoic acid for the production of medium-chain-length poly(3-hydroxyalkanoates) by Pseudomonas putida KT2440

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Abstract

Decaying exponential feeding strategies for the production of medium-chain-length poly(3-hydroxyalkanoates) by Pseudomonas putida KT2440 have been developed as a method of delaying oxygen limitation that is typically responsible for the termination of high cell density aerobic fermentations. Two feeding strategies were evaluated to control the biomass generation rate and consequently control the oxygen uptake rate of the cells. A linear decaying strategy allowed the production of 90 g L−1 dry biomass containing 65% PHA in 31 h with a cumulative productivity of 1.9 g L−1 h−1, while a quadratic decaying exponential feeding rate followed by a constant feeding rate produced 109 g L−1 of dry biomass containing 63% PHA. The latter methodology improved the cumulative PHA productivity to 2.3 g L−1 h−1, which is the highest MCL-PHA productivity ever reported. Analysis of the relationship between the final biomass concentration and the associated maximum cell generation rate (which is directly related to the maximum oxygen transfer rate) indicated that higher biomass levels could be attained by decreasing the substrate feeding rate at high biomass concentrations.

Afin de retarder la limitation par l'oxygène responsable de la terminaison des fermentations aérobiques à densité cellulaire élevée, on a mis au point des stratégies de décroissance exponentielle de l'alimentation pour la production de poly(3-hydroxyalcanoates) de longueur de chaîne moyenne par le Pseudomonas putida KT2440. On a évalué deux méthodes d'alimentation pour contrôler la vitesse de génération de la biomasse et, en conséquence, contrôler la vitesse d'absorption d'oxygène par les cellules. Une stratégie de décroissance linéaire permet d'obtenir une production de 90 g L−1 de biomasse sèche contenant 65% de PHA, dans 31 heures, avec une productivité cumulative de 1,9 g L−1 h−1 alors qu'une décroissance exponentielle quadratique de la vitesse d'alimentation, suivie par une vitesse d'alimentation constante permet d'obtenir une production de 109 g L−1 de biomasse sèche contenant 63% de PHA. Cette dernière méthodologie a permis d'augmenter la productivité cumulative de PHA jusqu'à 2,3 g L−1 h−1 qui correspond à la valeur la plus élevée jamais rapportée pour une productivité cumulative de PHA. Une analyse de la relation entre la concentration finale de la biomasse et la vitesse maximale de génération de cellule qui lui est associée, qui est directement reliée à la vitesse maximum de transfert d'oxygène, indique que les niveaux les plus élevés de biomasses peuvent être atteints en diminuant la vitesse d'alimentation du substrat aux concentrations élevées de biomasse. Mots-clés: MCLll-PHA, densité élevée de cellule, décroissance exponentielle de l'alimentation, limitation par l'oxygène[Traduit par la Rédaction]

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